JPH0287454A - Focused ion beam device - Google Patents
Focused ion beam deviceInfo
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- JPH0287454A JPH0287454A JP23924588A JP23924588A JPH0287454A JP H0287454 A JPH0287454 A JP H0287454A JP 23924588 A JP23924588 A JP 23924588A JP 23924588 A JP23924588 A JP 23924588A JP H0287454 A JPH0287454 A JP H0287454A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。[Detailed description of the invention] The present invention will be described in the following order.
Ａ、産業上の利用分野
Ｂ、発明の概要
Ｃ６背景技術［第１図］
Ｄ９発明が解決しようとする問題点［第３図］（Ａ、産
業上の利用分野）
本発明は集束イオンビーム装置、特にエミッター先端側
に電界を形成することにより気体イオン源をイオン化す
る集束イオンビーム装置に関する。A. Field of industrial application B. Summary of the invention C6 Background art [Fig. 1] D9 Problems to be solved by the invention [Fig. 3] (A. Field of industrial application) The present invention relates to a focused ion beam device In particular, the present invention relates to a focused ion beam device that ionizes a gas ion source by forming an electric field at the tip of an emitter.
（Ｂ、発明の概要）
本発明は、上記の集束イオンビーム装置において、
エミッターのイオンビームレンズ系に対する位置合せを
容易にするため、
エミッターの先端側に形成する電界をエミッターの先端
面から全面的にイオンビームが放射される強さに強くし
てイオンビーム放射角を広くしたものである。(B. Summary of the Invention) In the above-mentioned focused ion beam device, the present invention provides an electric field that is formed on the tip side of the emitter in order to facilitate alignment of the emitter with respect to the ion beam lens system. This increases the intensity of the ion beam emitted and widens the ion beam radiation angle.
（Ｃ，背景技術）［第１図］
ＩＣ，ＬＳＩの製造に不可欠な露光、半導体基板のイオ
ンエツチングによる加工、リペアのための半導体膜、導
電膜、絶縁膜の成長には集束イオンビーム装置が多く用
いられるようになっている。そして、集束イオンビーム
装置の性能向上のための技術開発も盛んで、その成果の
一つが例えば特開昭６３−４３２４９号公報等により公
表されている。(C, Background Art) [Figure 1] Focused ion beam equipment is used for exposure essential to the manufacture of ICs and LSIs, processing of semiconductor substrates by ion etching, and growth of semiconductor films, conductive films, and insulating films for repair. It is becoming widely used. Technological developments for improving the performance of focused ion beam devices have also been active, and one of the results has been published, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-43249.
第１図は集束イオンビーム装置の一例を示す断面図であ
り、１はイオンガンで、真空槽２の天井に垂設されてい
る。３は冷凍機、４は該冷凍機３の下端に取り付けられ
た絶縁サファイア、５は註絶縁サファイア４に形成され
たガス導入孔、６は該ガス導入孔５に連結されたパイプ
で、真空槽２の外部からガス導入孔５ヘイオン源である
ヘリウムＨｅガスを供給する。７はヘリウムＨｅガスを
下方に噴出するノズルで、絶縁サファイア４下端面中央
部に開口するガス導入孔５の下端に形成されている。８
は該ノズル７内に取り付けられたエミッターで、このエ
ミッター８の先端はノズル７の先端から稍突出せしめら
れている。９は冷凍機３、絶縁サファイア４、ノズル７
及びエミッター８を囲繞して外部から放射される熱をさ
えぎるラディエーションシールド、１０はドーナツ状の
引き出し電極で、該電極１０と上記エミッター８との間
に電圧を印加することによりエミッター８の先端面から
イオンビームを引き出すことかできる。以上がイオンガ
ン１の構造の説明である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a focused ion beam device, in which reference numeral 1 denotes an ion gun, which is vertically installed on the ceiling of a vacuum chamber 2. As shown in FIG. 3 is a refrigerator, 4 is an insulated sapphire attached to the lower end of the refrigerator 3, 5 is a gas introduction hole formed in the insulated sapphire 4, and 6 is a pipe connected to the gas introduction hole 5, which is connected to a vacuum chamber. Helium He gas, which is a heion source, is supplied from the outside of the gas introduction hole 5. Reference numeral 7 denotes a nozzle for jetting helium gas downward, and is formed at the lower end of the gas introduction hole 5 that opens at the center of the lower end surface of the insulating sapphire 4 . 8
is an emitter installed in the nozzle 7, and the tip of the emitter 8 is slightly protruded from the tip of the nozzle 7. 9 is refrigerator 3, insulating sapphire 4, nozzle 7
and a radiation shield that surrounds the emitter 8 and blocks heat radiated from the outside; 10 is a doughnut-shaped extraction electrode; and by applying a voltage between the electrode 10 and the emitter 8, the tip surface of the emitter 8 is It is possible to extract an ion beam from the The above is the explanation of the structure of the ion gun 1.
次に、該イオンガン１から出射されるイオンビームを集
束し、ブランキングし、偏向するレンズ系について説明
する。Next, a lens system that focuses, blanks, and deflects the ion beam emitted from the ion gun 1 will be described.
１１はイオンビームを集束するコンデンサレンズ、１２
はアライメントレンズ、１３はブランキング電極、１４
はアパーチャー、１５はアライメント電極、１６は対物
レンズ、１７は偏向レンズであり、これ等の部材により
レンズ系が構成されている。１８はイオンビームが照射
される半導体ウェハである。11 is a condenser lens that focuses the ion beam; 12
is an alignment lens, 13 is a blanking electrode, 14 is
15 is an aperture, 15 is an alignment electrode, 16 is an objective lens, and 17 is a deflection lens, and these members constitute a lens system. 18 is a semiconductor wafer to which the ion beam is irradiated.
ところで、イオンガン１の冷凍機３、ラジエーン；１ン
シールド９は電気的には接地されている。By the way, the refrigerator 3 and the radiant shield 9 of the ion gun 1 are electrically grounded.
そして、エミッター８には接地に対して＋５０にＶの電
位を学え、引き出し電極１０にはそれより例えばｌ０Ｋ
Ｖ低い＋４０にＶの電位を与え、エミッター８に対°し
て引き出し電極１０が−ＩＯＫＶの電位になるようにし
てエミッター８表面側に強電界を生ぜしめてエミッター
８からのイオンビームの引き出しを行う。Then, the emitter 8 has a potential of +50V with respect to ground, and the extraction electrode 10 has a potential of 10K, for example.
Apply a potential of V to +40, which is low in V, and make the extraction electrode 10 have a potential of -IOKV with respect to the emitter 8 to generate a strong electric field on the surface side of the emitter 8 to extract the ion beam from the emitter 8. .
そして、従来においてイオンビームの引き出しを行うた
めに生ぜしめる電界はヘリウムＨｅガスのガス圧が１ｘ
ｌＯ−３Ｔｏｒｒの下で２〜３Ｖ／八程度でへった。Conventionally, the electric field generated to extract the ion beam has a gas pressure of helium He gas of 1x.
It went down at about 2 to 3 V/8 under lO-3 Torr.
（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第３図］
ところで、従来においては上述のようにヘリウムＨｅガ
スのガス圧がＩ Ｘ １０−３Ｔ ｏ ｒ ｒの下で３
Ｖ／人程度の電界がエミッター８の表面側に生しるよう
に引き出し電極１０とエミッター８との間に加える′１
「圧を設定しており、この場合のイオンビームの電流密
度分布は第３図に示すようになっていた。即ち、イオン
ビームの放射角は約２０ｍｒａｄと非常に狭かった。尤
も、エミッターから放射されるイオンビームのうち露光
等に用いられるものは開き角１０〜２０ｍｒａｄの範囲
内のものであり、ビームの拡がりとしては充分に大きい
といえなくはない。従って、イオンビームの放射角が２
０ｍｒａｄと狭いままでイオンビームの照射が行われて
きたのである。(D. Problem to be solved by the invention) [Fig. 3] By the way, in the past, as mentioned above, when the gas pressure of helium He gas is 3
Apply between the extraction electrode 10 and the emitter 8 so that an electric field of about V/person is generated on the surface side of the emitter 8'1
The current density distribution of the ion beam in this case was as shown in Figure 3.In other words, the radiation angle of the ion beam was very narrow, about 20 mrad. Among the ion beams used for exposure, etc., the aperture angle is within the range of 10 to 20 mrad, which is a sufficiently large beam spread.Therefore, the radiation angle of the ion beam is 2.
Ion beam irradiation has been carried out with a narrow field of 0 mrad.
しかし、イオンビームの放射角が狭いとエミッターをそ
わから放射されるイオンビームがレンズ系の光軸上を通
るように位置合せ（アライメント）することが非常に難
しい。従って、位置合せに要する時間が長くなりエミッ
ターの交換に例えば１〜２時間の長い時間を要するとい
う問題がある。これは集束イオンビーム装置の稼動率の
低下を招くので看過できない。この点について詳しく説
明すると次のとおりである。However, if the radiation angle of the ion beam is narrow, it is very difficult to align the emitter so that the ion beam emitted from the sod passes on the optical axis of the lens system. Therefore, there is a problem in that the time required for alignment is long, and it takes a long time, for example, 1 to 2 hours, to replace the emitter. This cannot be overlooked because it causes a decrease in the operating rate of the focused ion beam device. This point will be explained in detail as follows.
エミッター８と引き出し電極１０の間隔が例えば１ｍｍ
以下と非常に狭いのに対してその間に１０ＫＶ程度の非
常に高い′ｉミニが加えらえるので、その間に放電が生
じることが少なくない。そして、放電か生じるとエミッ
ター８（例えばタングステンＷかうなる）の表面が損傷
を受け、使用できなくなり交換しなければならない。そ
して、交換したならば新しいエミッター８をそれから放
射されるイオンビームが集束イオンビーム装置のレンズ
系の光軸と一致するようにしなければならない。もし、
一致しないとビーム径を所定の細さに絞れないし、ビー
ム電流を充分な値にすることかできないからである。し
かし、上述したようにエミッター８から放射されるイオ
ンビームの電流密度分布を示す第３図から明らかなよう
に、従来においてイオンビームの放射角は４０ｍｒａｄ
程度と非常に狭いのでこのイオンビームがレンズ系の光
軸と−・致するようにエミッターを位置合せすることが
非常に難しいのであり、調整作業に要する時間が長くな
る大きな原因となっていた。For example, the distance between the emitter 8 and the extraction electrode 10 is 1 mm.
Although the current is very narrow, a very high voltage of about 10 KV is applied in between, so discharge often occurs during that time. When discharge occurs, the surface of the emitter 8 (for example, made of tungsten W) is damaged, making it unusable and having to be replaced. Once replaced, a new emitter 8 must be installed so that the ion beam emitted from it coincides with the optical axis of the lens system of the focused ion beam device. if,
This is because if they do not match, the beam diameter cannot be narrowed down to a predetermined narrowness and the beam current cannot be set to a sufficient value. However, as is clear from FIG. 3, which shows the current density distribution of the ion beam emitted from the emitter 8 as described above, the radiation angle of the ion beam in the past was 40 mrad.
Since the ion beam is extremely narrow, it is extremely difficult to align the emitter so that the ion beam aligns with the optical axis of the lens system, which is a major cause of the long time required for adjustment work.
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、エミッターのレンズ系に対する位置合せ（アライ
メント）を容易にすることを目的とする。The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to facilitate the alignment of the emitter with respect to the lens system.
（Ｅ、問題点を解決するための手段）
本発明集束イオンビーム装置は上記問題点を解決するた
め、イオンビームの引き出しのためにエミッターの先端
側に形成する電界の強さを、エミッター先端面から全面
的にイオンビームが放射されるような強さにしたことを
特徴とする。(E. Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the focused ion beam device of the present invention has the purpose of adjusting the strength of the electric field formed on the tip side of the emitter to extract the ion beam from the tip surface of the emitter. It is characterized by having such intensity that the ion beam is emitted over the entire surface.
（Ｆ、作用）
本発明集束イオンビーム装置によれば、イオンビームが
エミッター先端面から全面的に放射するようになるので
放射色が第２図に示すように広くなり、エミッターをイ
オンビームがレンズ系の光軸上を通るように位置合せす
ることが容易となる。(F. Effect) According to the focused ion beam device of the present invention, since the ion beam is emitted from the entire surface of the emitter tip, the emission color becomes broader as shown in Fig. 2, and the ion beam passes through the emitter through the lens. It becomes easy to align the optical axis of the system.
（Ｇ、実施例）［第１図、第２図］
以下、本発明集束イオンビーム装置を図示実施例に従っ
て詳細に説明する。(G. Embodiment) [FIGS. 1 and 2] Hereinafter, the focused ion beam apparatus of the present invention will be described in detail according to the illustrated embodiment.
本実施例の集束イオンビーム装置は既に説明した第１図
の集束イオンビーム装置と構造的に全く変りはなく、引
き出し電極１０に与える電位が異なるのである。そして
、集束イオンビーム装置の構造は既に説明済なので川ね
て説明しない。The focused ion beam device of this embodiment is structurally the same as the focused ion beam device shown in FIG. 1 described above, except that the potential applied to the extraction electrode 10 is different. The structure of the focused ion beam device has already been explained, so it will not be explained further.
本実施例においては引き出し電極１０に与える電位を従
来よりも低くして引き出し電極１０とエミッター８との
間の電位差を高めることによりエミッター８先端側の゛
電界強度を従来の２〜３Ｖ／人から４Ｖ１Å以上例えば
５Ｖ／人程度に高くする。すると、針状のエミッター８
の先端面から略全面的にイオンビームが放射される状態
になり、イオンビームの電流密度分布は第２図に示すよ
うになる。即ち、イオンビームの放射角が従来の２０〜
４０ｍｒａｄから１ ｒａｄ程度まで拡がるのである。In this embodiment, the electric field strength on the tip side of the emitter 8 is increased from the conventional 2 to 3 V/person by lowering the potential applied to the extraction electrode 10 and increasing the potential difference between the extraction electrode 10 and the emitter 8. The voltage is increased to 4V1 Å or more, for example, about 5V/person. Then, the needle-shaped emitter 8
The ion beam is emitted almost entirely from the tip surface of the ion beam, and the current density distribution of the ion beam becomes as shown in FIG. That is, the radiation angle of the ion beam is 20~
It spreads from 40 mrad to about 1 rad.
このようにイオンビームの放射角が拡がるのは次の理由
による。元来針状エミッター８の先端面には（１１１）
面、（００１）面、（１１４）面等多くの異なる結晶面
か突起状に露出しているが、詐結晶面の面積は互いに異
なり、例えば（１１１）而は非常に面ｈ１が小さいが、
他の結晶面の面積はそわよりも大きく、そして、エミッ
ターの先端側の電界強度が例えば２〜３Ｖ／入てあって
も、エミッター表面側の電界強度をミクロ的に見ると結
晶面によってその表面における電界強度が微妙に異なり
、（１１１）面のように結晶面の面積が小さな方が大き
なものより表面の電界強度か大きくなる。そして、エミ
ッター表面側の電界強度の乎均的な値が例えば２〜３Ｖ
／入程度の値だと（１１１）面を始めとする比較的少な
い袖類の結晶面だけがイオンビーム発生に必要な電界強
度になる。しかるに、電界強度を４〜５Ｖ／入程度に高
くすると、多くの結晶面において表面の電界強度がイオ
ンビームの発生に必要な値を趙える。その結果、エミッ
ター先端面から全面的にイオンビームが発生する状態に
なり、延いては第２図に示すようにイオンビーム放射角
が数十倍広くなるのである。The reason why the radiation angle of the ion beam is expanded in this way is as follows. Originally, the tip surface of the needle emitter 8 had (111)
Many different crystal planes such as the (001) plane, (114) plane, etc. are exposed in protrusions, but the areas of the pseudocrystal planes are different from each other. For example, the (111) plane has a very small plane h1,
The area of the other crystal planes is larger than the warp, and even if the electric field strength on the tip side of the emitter is, for example, 2 to 3 V/, when looking microscopically at the electric field strength on the emitter surface side, the surface area depends on the crystal plane. The electric field strength at the surface is slightly different, and the electric field strength at the surface is higher when the area of the crystal plane is small, such as the (111) plane, than when it is large. The average value of the electric field strength on the emitter surface side is, for example, 2 to 3 V.
When the value is on the order of /, only a relatively small number of crystal planes including the (111) plane have the electric field strength necessary for generating an ion beam. However, when the electric field strength is increased to about 4 to 5 V/input, the electric field strength at the surface of many crystal planes falls below the value necessary for generating an ion beam. As a result, an ion beam is generated from the entire surface of the emitter tip, and as a result, the ion beam radiation angle becomes several tens of times wider as shown in FIG.
そして、イオンビーム放射角が広くなると、エミッター
８の向きをイオンビームが集束イオンビーム装置のレン
ズ系の光軸に一致するように位置合せ（アライメント）
することが非常に容易になる。従って、エミッターの交
換作業に要する時間を短くすることができる。Then, as the ion beam radiation angle becomes wider, the direction of the emitter 8 is aligned so that the ion beam matches the optical axis of the lens system of the focused ion beam device.
becomes very easy to do. Therefore, the time required to replace the emitter can be shortened.
ちなみに、放射角をこのように大きくしてもビーム電流
を最大１μＡという大きな値にすることができたく０．
７μＡ ／ ｓ ｒ ）。そして、ビーム取り出し角を
１０ｍｒａｄに絞った場合でも４０ｐＡ程度のプローグ
電流がとれることが確認てきた。これは０．２〜０６３
μΦのプローブ径に相当し、本発明の実用性の高いこと
を証明している。By the way, even if the radiation angle is increased in this way, the beam current can be increased to a maximum value of 1 μA, which is 0.0 μA.
7μA/sr). It has been confirmed that even when the beam extraction angle is narrowed down to 10 mrad, a probe current of about 40 pA can be obtained. This is 0.2~063
This corresponds to the probe diameter of μΦ, proving the high practicality of the present invention.
また、本発明のように電界強度を高くすると残留汚染分
子の付着防止効果が高まる。この点について詳しく説明
すると、残留汚染分子は、真空槽２を所定の真空度にし
ても真空Ｎ！２に残留してエミッターを！す染する分子
で、エミッター表面に付着するとビーム特性が劣化する
。しかし、電界強度を高くすると分子がその高い電界内
でイオン化されてエミッターに付着する前に恰かもイオ
ンビームのようにして下側に飛ばされてしまうようにす
ることができ、汚染の防止効果を高めることができる。Further, when the electric field strength is increased as in the present invention, the effect of preventing the adhesion of residual contaminant molecules is enhanced. To explain this point in detail, residual contaminant molecules will remain in the vacuum N! Stay in 2 and use the emitter! It is a molecule that stains, and if it adheres to the emitter surface, the beam characteristics will deteriorate. However, by increasing the electric field strength, molecules can be ionized in the high electric field and be blown downward like an ion beam before they can attach to the emitter, reducing the effect of preventing contamination. can be increased.
（Ｈ，発明の効果）
以上に述べたように、本発明集束イオンビーム装置は、
エミッター先端側に電界を形成することにより気体イオ
ン源をイオン化する集束イオンビーム装置において、上
記電界の強度をエミッター先端面から全面的にイオンビ
ームが放射されるような強さにしてなることを特徴とす
るものである。(H, Effect of the invention) As stated above, the focused ion beam device of the present invention has the following effects:
A focused ion beam device that ionizes a gas ion source by forming an electric field at the tip of the emitter, characterized in that the electric field is set to such a strength that the ion beam is emitted from the entire surface of the emitter tip. That is.
従って、本発明集束イオンビーム装置によれば、イオン
ビームがエミッター先端面から全面的に放射するように
するので放射角が第２図に示すように広くなり、エミッ
ターをイオンビームがレンズ系の光軸上を通るように位
置合せすることが容易となる。Therefore, according to the focused ion beam device of the present invention, since the ion beam is radiated from the entire surface of the emitter tip, the radiation angle is widened as shown in FIG. It becomes easy to align the parts so that they pass along the axis.
８−エミ０．．ター8-Emi 0. ．． Tar
第１図は集束イオンビーム装置の断面図、第２図は本発
明の一つの実施例におけるイオンビームの電流密度分布
図、第３図は従来の場合におけるイオンビームの電流密
度分布図である。
符号の説明
８・・・エミッター
ビーム装置の断面図
第１図
電
密流
度
一手も２ネ市−正置
（自発）
実施例の電流百度分布図
第２図
１、事件の表示
昭和６３年特許願第２３９２４５号
２、発明の名称
集束イオンビーム装置
３、補正をする者
事件との関係 特許出願人
住所 東京部品用区北品用６丁目７番３５号名称 （２
１８） ソニー株式会社４、代理人
住所 東京都荒川区西日暮里２丁目５３番５号発散角（
ｍｒａｄ ）
従来の’ｌ流官度分布図
第３図
６゜
補正の内容
（１）明細書第９頁４行目、「放射角は」と「約」との
間に「半角で」を挿入する。
（２）明細書第９頁７行目、「開き角」と「１０〜２０
」との間に「が半角で」を挿入する。
（３）明細書第９頁１０行目、「放射角が」とｒ２０ｍ
ｒａｄ」との間に「半角で」を挿入する。
（４）明細書第９頁３行目、「加えうえる」を「加えら
れる」に訂正する。
（５）明細書第９頁下から３行目、「から」とｒｌ ｒ
ａｃｌＢとの間に「半角で」を挿入する。FIG. 1 is a sectional view of a focused ion beam device, FIG. 2 is a current density distribution diagram of an ion beam in one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a current density distribution diagram of an ion beam in a conventional case. Explanation of symbols 8...Cross-sectional view of the emitter beam device Figure 1 Current density and current density 1 hand also 2 Neichi - Oriented (self-proposed) Current distribution diagram of the example 2 Hundred degree distribution diagram Figure 2 1, Incident display Patented in 1988 Application No. 239245 2, Name of the invention Focused ion beam device 3, Relationship with the person making the amendment Case Patent applicant address 6-7-35, Kitashinyo, Tokyo Parts Co., Ltd. Name (2
18) Sony Corporation 4, Agent Address: 2-53-5 Nishi-Nippori, Arakawa-ku, Tokyo Divergence Angle (
mrad) Conventional 'l flow rate distribution diagram Figure 3 6゜ Contents of amendment (1) In the 4th line of page 9 of the specification, insert ``half-width'' between ``radial angle is'' and ``about'' do. (2) Page 9, line 7 of the specification, “opening angle” and “10 to 20
” Insert “ ” in half-width characters. (3) Page 9, line 10 of the specification, “The radiation angle is” r20m
Insert "half-width" between "rad". (4) On page 9, line 3 of the specification, "additional" is corrected to "added." (5) 3rd line from the bottom of page 9 of the specification, “kara” and rl r
Insert "half-width" between aclB.
Claims (1)
体イオン源をイオン化する集束イオンビーム装置におい
て、 上記電界の強度をエミッター先端面から全面的にイオン
ビームが放射されるような強さにしてなる ことを特徴とする集束イオンビーム装置(1) In a focused ion beam device that ionizes a gas ion source by forming an electric field on the emitter tip side, the electric field is set to such a strength that the ion beam is emitted from the entire emitter tip surface. A focused ion beam device characterized by
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63239245A JP2743399B2 (en) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | Focused ion beam equipment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63239245A JP2743399B2 (en) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | Focused ion beam equipment |
Publications (2)
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